大采高工作面機電設備配套選型探討

白 龍

西曲礦是西山煤電集團公司在古交礦區投產的第一個大型現代化礦井，設計年生產能力3.00 Mt。井田走向長度為6.5 km，傾向長度為6 km，總面積達39.5 km2。

1 工作面概況

12314工作面位于西曲煤礦井下南部13采區，工作面長度251 m，煤層厚度3.93～4.46 m，平均厚度4.05 m。煤層整體傾向西南，傾角為2°～7°，平均為4°。工作面采高4.2 m，屬于大采高工作面。

2 機電設備選型配套

機電設備的配套分為生產能力的配套和幾何尺寸的配套，其中生產能力的合理配套是影響高產高效的重要因素，也是大采高工作面礦壓控制的有效手段。同時在機電設備選型過程中要保證作業方便、安全。

2.1 采煤機的選型

（1）采煤機的牽引速度

由于工作面煤質較硬，同時考慮到工作面開采時的穩定狀況和采煤機的電牽引力，將采煤機的牽引速度控制在5～9 m/min。

（2）采煤機的生產能力

式中：h為開采高度，取h=4.2 m；b為采煤機滾筒截割深度，取b=0.8 m；v為采煤機的切割速度，取v=7 m/min；γ為2#煤的視密度，取γ=1.44 t/m3；k為工作面回采率，取k=0.93。

根據計算可得，所需采煤機的生產能力至少為：

（3）采煤機的裝機功率

在確定采煤機實際使用功率時，要考慮煤層的主要特點。煤層過硬過厚都會影響采煤機的牽引速度。根據以往的回采經驗和國內外對采煤機配套研究的現狀來，選擇采煤機的型號為MGTY500/1200-3.3D，主要性能參數如下：裝機功率為1200 kW，截割部功率為500 kW，截深為800 mm，采高為2500～5000 mm，生產能力為1800 t/h，供電電壓為3300 V。

2.2 刮板運輸機的選型[2]

式中：q為刮板運輸機單位長度上的物載質量；v為刮板鏈運行速度，取v=1.1 m/s；A為運行物料斷面面積，取A=0.16 m2；P為物料的散碎密度，取P=1 t/m3；Ψ為裝滿系數，取Ψ=0.93。

根據計算可得，所需刮板運輸機的生產能力至少為：

按照工作面綜采設備生產能力配套的要求，刮板運輸機的生產能力要大于采煤機的生產能力，故將刮板運輸機的生產能力確定為1889.88 t/h，型號選用SGZ-900/1140型的刮板運輸機，主要性能參數如下：裝機功率為1140 kW，卸載方式為端頭卸載，運輸能力為2000 t/h，供電電壓為3300 V。

2.3 液壓支架的選型

（1）頂板壓力計算

式中：P0為頂板壓力，kN/m2；γ為上覆巖層平均容重，取γ=25 kN/m3；h為開采高度，取h=4.2 m。

根據計算可得，所需液壓支架支承的頂板壓力為［3］：

（2）初撐力計算

工作面液壓支架的初撐力應保證其上部直接頂和老頂或者下位巖層與上位巖層之間不發生離層，即能支撐住上部冒落帶巖層的重量。

式中：P初為液壓支架初撐力，kN；D為液壓支架頂梁長度，取D=4.05 m；E為端面距，取E=0.5 m；b1為液壓支架支護寬度，取b=1.75 m；γ為上覆巖層平均容重，取γ=25 kN/m3；H為冒落帶巖層總厚度，由于上覆巖層以泥巖、砂巖為主，抗壓強度較小，則冒落帶總厚度為1～3倍采高，取H=1.5×4.2=6.3 m。

根據計算可得，所需液壓支架初撐力為：

（3）工作阻力計算

一般情況下，液壓支架的初撐力要求達到工作阻力的70%，因此液壓支架的工作阻力為：

（4）控頂距計算

按照上述頂板壓力計算結果和液壓支架參數計算結果，最終確定采用ZY7600/23/47掩護式液壓支架支護頂板，全部垮落法管理頂板。

式中：D為液壓支架頂梁長度，取D=4.05 m；E為端面距，取E=0.5 m；b為采煤機滾筒截割深度，取b=0.8 m。

根據計算可得，工作面的最小控頂距、最大控頂距為：

考慮到工作面煤層厚度為4.2 m，同時也為了和采煤機以及刮板運輸機互相配套，液壓支架選用ZY7600/23/47型，主要性能參數如下：工作阻力為7600 kN，最小支撐高度為2300 mm，最大支撐高度為4700 mm。

3 結語

科學合理配套綜采工作面設備,有助于充分發揮大采高工作面的產能優勢,全面提升工作面的生產能力,降低安全生產管理風險。

通過在12314工作面的現場試運行及對比分析，可以看出生產出煤效果較以往工作面有了大幅的提升，各設備運行狀況良好，操作安全可靠，很好的滿足了實際生產的要求。

〔1〕聶茂根.西曲礦2#煤復合頂板動壓影響下支護技術研究[J].山西煤炭，2017（4）：50-52.

〔2〕王務峰，宋洪俊.刮板機鏈條安全系數計算方法比較與應用[J].山西焦煤科技，2015（5）：17-19.

〔3〕王雷鳴.綜采工作面中機電設備的選型配套及發展趨勢[J].機械管理開發，2016（11）：50-52.